Diapositiva 1

Il ruolo del biofilm
nella cura
delle infezioni
11-12 ottobre 2010
Gianfranco Donelli
Dipartimento di Tecnologie e Salute
Istituto Superiore di Sanità e
Laboratorio Biofilm Microbici,
IRCCS – Fondazione Santa Lucia,
Roma
BIOFILM MICROBICI
I biofilm sono strutture eterogenee costituite da microcolonie di cellule microbiche,
spesso di specie diverse, che crescono immerse in una matrice polisaccaridica
extracellulare da essi stessi prodotta.
Nonostante sia noto che oltre i 2/3 delle infezioni ospedaliere sono dovuti a
microrganismi che crescono in biofilm, esiste ancora una limitata consapevolezza a livello
clinico dell’importanza dei biofilm microbici nei processi infettivi e della più elevata
antibiotico-resistenza associata alla crescita microbica sessile.
Peg Dirckx, Center for Biofilm Engineering, MSU, MT, USA
1. Adesione
microbica
2. Formazione
del biofilm
3. Distacco di aggregati
microbici
Cellule singole e aggregati
microbici che si distaccano
in modo continuo da un
biofilm maturo, sia esso
monospecie o multispecie,
fungono da inoculo
persistente promuovendo
nell’organismo nuovi siti di
colonizzazione e dando
luogo alle cosiddette
i nf ezi oni met astatic he.
ANTIBIOTICO-RESISTENZA DEI
MICRORGANISMI CHE CRESCONO IN BIOFILM
Pur non disponendo ancora oggi di un
modello adeguato a spiegare la assai più
elevata antibiotico-resistenza dei
microrganismi a crescita sessile, sappiamo
che all’interno del biofilm si verifica:
- Una più lenta e ridotta penetrazione degli
antibiotici dovuta alla loro difficoltà di
attraversare la matrice esopolisaccaridica
- Una più alta frequenza di coniugazione,
che promuove lo scambio di plasmidi che
contengono geni codificanti per resistenze
multiple agli antibiotici.
.
- L’ i ns or genza di f enot i pi res i st ent i
(“dormant and persister cells”), antibioticotolleranti, per carenza di ossigeno e
nutrienti nelle zone lontane dalla superficie
- Un’attività antagonista di cataboliti
microbici che interagendo con le molecole
antibiotiche ne neutralizzano l’attività.
Donlan & Costerton , 2002
Suscettibilità antibiotica del ceppo ATCC 29213 di S. aureus
cresciuto in forma planctonica (Minimal Inibitory Concentration) e in
forma sessile (Minimal Biofilm Eradication Concentration )
MIC (µg/ml)
MBEC (µg/ml)
Antibiotic
NCCLS assay
Assay with CBD
A650
CFU/peg
Cefazolin
0.5
0.5
>1,024
>1,024
Ciprofloxacin
0.25
0.5
512
512
Clindamycin
0.12
0.25
128
256
Gentamicin
0.5
0.5
2
2
Oxacillin
0.12
0.25
>1,024
>1,024
Penicillin
1
4
128
128
Vancomycin
1
1
>1,024
>1,024
NCCLS: National Committee for Clinical Laboratory Standards
CBD: Calgary Biofilm Device
Ceri et al. 1999
ANTIBIOTICI ANTI-BIOFILM:
DA SOLI O IN COMBINAZIONE?
Uno studio di Raad et al. (2007) ha evidenziato una più elevata efficacia
antibiofilm della minociclina, seguita da daptomicina e tigeciclina rispetto al
linezolid e alla vancomicina che non mostravano alcuna attività nei riguardi di
ceppi di MRSA cresciuti in biofilm dopo 24 ore di esposizione.
Lo stesso studio ha mostrato come la rifampicina, che non è efficace da sola
sul biofilm di MRSA, lo diventa se utilizzata insieme a vancomicina o linezolid
Darouiche et al. (2007) hanno messo in evidenza l’effetto sinergico di Nacetilcisteina e tigeciclina nei riguardi di MRSA, MSSA, MRSE e di K.
pneumoniae.
Donelli et al., (2007) hanno realizzato sistemi polimerici a rilascio di
antimicrobici in cui l’enzima adsorbito Dispersin B, è in grado di potenziare
l’attività antibiotica del cefamandolo nafato nei riguardi del biofilm di S.
epidermidis disgregandone inizialmente la matrice esopolisaccaridica.
Schema
esemplificativo
di
infezioni umane associate a
formazione di biofilm:
Infezioni associate a
catetere venoso centrale
Infezioni odontogeniche
Infezioni polmonari
persistenti
Infezioni associate
all’occlusione
di stent biliari
Infezioni da protesi
ortopediche
Infezioni odontogeniche
Infezioni polmonari persistenti
Infezioni vaginali
Infezioni da protesi ortopediche
Infezioni vaginali
Infezioni associate all’occlusione di
stent biliari
Infezioni associate a cateteri
vascolari
Adattato da: Stoodley & Costerton, 2004.
Rappresentazione schematica
della relazione tra condizioni del
cavo orale, fattori di rischio,
infezioni
odontogeniche
e
complicanze associate.
(A) Soggetto con gengive sane
(B) Lo stesso soggetto con placca
sopragengivale messa in evidenza
con eritrosina
(C) Soggetto affetto da gengivite, con evidenza di
rigonfiamento e arrossamento dovuto all’infiammazione dei
margini gengivali
Adattato da: Sreenivasan & Gaffar, 2007.
INFEZIONI ODONTOGENICHE E MICRORGANISMI CAUSALI
Processo infettivo
Periodontite
Pulpite con ascesso periapicale
Pericoronite
Periimplantite
Microrganismi causali
Porphyromonas gingivalis
Tannerella forsythensis
Actinobacillus actinomycetemcomitans
Prevotella intermedia
Fusobacterium nucleatum
Veillonella parvula
Treponema denticola
Streptococcus spp.
Fusobacterium nucleatum
Prevotella intermedia
Peptostreptococcus micros
Capnocytophaga ochracea
Selenomonas sputigena
Porphyromonas endodontalis
Streptococcus spp.
Prevotella intermedia
Veillonella parvula
Prevotella melaninogenica
Fusobacterium nucleatum
Actinomyces israelii/odontolyticus
Streptococcus spp.
Fusobacterium nucleatum
Prevotella intermedia
Pseudomona aeruginosa
Staphylococcus spp.
Actinobacillus actinomycetemcomitans
Specie batteriche
con
dimostrata
capacità di coaggregare e/o di
formare biofilm
Specie batteriche
di cui non è nota la
capacità di coaggregare e/o di
formare biofilm
Adattato da:
López-Píriz et al., 2007
TERAPIA DELLE INFEZIONI ODONTOGENICHE
ASSOCIATE A BIOFILM POLIMICROBICI
Il trattamento antibiotico precede solitamente gli interventi di drenaggio e di
rimozione meccanica dei tessuti infetti, per evitare il rischio di diffusione degli
agenti infettivi ad essi connesso, ed ha il vantaggio di poter agire in siti
inaccessibili agli interventi chirurgici stessi.
In base alla maggiore o minore suscettibilità delle specie presenti, le terapie
antimicrobiche modificano qualitativamente e quantitativamente la
composizione del biofilm, dando spesso luogo alla persistenza di
odontopatogeni che possono essere causa di infezioni ricorrenti e/o
croniche.
Alcuni studi hanno infatti mostrato un elevato tasso di resistenza ad alcuni
antibiotici (Baumgartner et al, 2003; Winkellhof et al, 2005) e produzione di
β-lattamasi (Sixou et al, 2003) da parte di Prevotella spp e Fusobacterium
spp.
TERAPIA ANTIBIOTICA DELLE
INFEZIONI ODONTOGENICHE
La somministrazione combinata di amoxicillina/ acido clavulanico viene considerata la
terapia antibiotica di prima scelta nel trattamento e nella profilassi delle infezioni
odontogeniche, mentre la clindamicina viene indicata come alternativa nel caso di
pazienti con allergia alle penicilline.
López-Píriz et al., 2007
Schema
esemplificativo
di
infezioni umane associate a
formazione di biofilm:
Infezioni associate a
catetere venoso centrale
Infezioni odontogeniche
Infezioni polmonari
persistenti
Infezioni associate
all’occlusione
di stent biliari
Infezioni da protesi
ortopediche
Infezioni odontogeniche
Infezioni polmonari persistenti
Infezioni vaginali
Infezioni da protesi ortopediche
Infezioni vaginali
Infezioni associate all’occlusione di
stent biliari
Infezioni associate a cateteri
vascolari
Adattato da: Stoodley & Costerton, 2004.
Rappresentazione schematica delle strategie di difesa del polmone in presenza di
Pseudomonas aeruginosa a crescita planktonica e sessile.
(a) La superficie dell’epitelio alveolare è “pattugliata” da macrofagi che hanno il compito di
fagocitare i batteri planktonici. (b) I fagociti alveolari non sono tuttavia in grado di
fagocitare batteri inclusi in una matrice esopolisaccaridica, anche quando questi vengono
contrastati con anticorpi specifici. (c) nel polmone colonizzato si sviluppa un biofilm
microbico, dal quale vengono rilasciate cellule planktoniche che reagiscono con anticorpi
(d) il biofilm maturo, raggiunta una condizione di equilibrio con il sistema immunitario,
tende in parte a calcificare facendo perdere elasticità alle pareti degli alveoli.
Adattato da: Costerton et al, 2003.
BIOFILM DI PSEUDOMONAS AERUGINOSA IN PAZIENTE
CON FIBROSI CISTICA
(a) Micrografia elettronica a trasmissione (TEM) di una sezione di tessuto
polmonare prelevato post-mortem da un paziente affetto da fibrosi cistica, in
cui é evidente il biofilm maturo di Pseudomonas aeruginosa in via di
calcificazione all’interno di un alveolo. .
Costerton et al, 2003.
BIOFILM DI PSEUDOMONAS AERUGINOSA IN PAZIENTI
CON FIBROSI CISTICA: PREVENZIONE E TERAPIA
La prevenzione dello sviluppo di biofilm cronici di Pseudomonas
aeruginosa viene oggi affrontata con successo attraverso una terapia
aggressiva di eradicazione precoce tramite somministrazione orale di
ciprofloxacina e nebulizzazione di colistina per 3 mesi o con sola
tobramicina nebulizzata come monoterapia.
Il trattamento dell’infezione cronica da biofilm di P. aeruginosa è invece
basato sulla terapia antibiotica soppressiva che prevede, per tutta la vita
del paziente, la nebulizzazione giornaliera con colistina o tobramicina
associata ogni 3 mesi a cicli di 2 settimane di antibiotici antiPseudomonas endovena (tobramicina o colistina + ceftazidime, oppure
piperacillina/tazobactam).
Høiby et al, 2010
BIOFILM DI PSEUDOMONAS AERUGINOSA
E ANTIBIOTICO-RESISTENZA
Il gruppo di Hoiby ha di recente dimostrato che l’iperproduzione di betalattamasi in Pseudomonas aeruginosa a crescita sessile è riferibile alla
presenza, nella matrice del biofilm, di beta-lattamasi che idrolizzano gli
antibiotici beta-lattamici prima che essi raggiungano la cellula batterica.
Il gruppo ha in particolare dimostrato che:
a)
l’imipenem e la piperacillina inducono la produzione di beta-lattamasi nel
biofilm di Pseudomonas aeruginosa;
b)
batteri lisati a seguito dell’esposizione antibiotica rilasciano beta-lattamasi
nello spazio extracellulare;
c)
tali enzimi possono essere liberati dalle vescicole di membrana presenti
sulla superficie dei ceppi di Pseudomonas aeruginosa resistenti;
d)
alti livelli di beta-lattamasi cromosomiale sono riscontrabili nello sputo di
soggetti affetti da fibrosi cistica.
Høiby et al, 2010
Schema
esemplificativo
di
infezioni umane associate a
formazione di biofilm:
Infezioni associate a
catetere venoso centrale
Infezioni odontogeniche
Infezioni polmonari
persistenti
Infezioni associate
all’occlusione
di stent biliari
Infezioni da protesi
ortopediche
Infezioni odontogeniche
Infezioni polmonari persistenti
Infezioni vaginali
Infezioni da protesi ortopediche
Infezioni vaginali
Infezioni associate all’occlusione di
stent biliari
Infezioni associate a cateteri
vascolari
Adattato da: Stoodley & Costerton, 2004.
INFEZIONI VAGINALI
Nel 2005 Swidsinski e collaboratori hanno per primi indagato sulla
composizione e sull’organizzazione spaziale della componente microbica
associata all’epitelio vaginale analizzando campioni bioptici da 20 pazienti
con Vaginosi Batterica (VB) che sono stati confrontati con 40 controlli preand post-menopausa.
Tali studi hanno indicato come la VB sia una sindrome polimicrobica
caratterizzata da una drastica riduzione dei lattobacilli produttori di perossido
di idrogeno con conseguente significativo aumento della flora batterica
anaerobia, ed in particolare di Gardnerella vaginalis, seguita da Prevotella
spp., Mobiluncus spp., Mycoplasma hominis e Atopobium vaginalis. specie
queste tutte a crescita sessile.
Biofilm polimicrobico e vaginosi batterica
Uno studio del 2010 dello stesso gruppo ha evidenziato come sull’epitelio
vaginale di una donna sana non siano presenti batteri adesi (a) mentre in una
donna affetta da vaginosi batterica l’epitelio vaginale appare ricoperto da un
denso biofilm polimicrobico ad alta prevalenza di Gardnerella vaginalis (b).
(a) Epitelio vaginale di controllo
di una donna sana, marcato
con la sonda universale
Eub338-Cy3, senza evidenza
di batteri adesi.
(b) Ibridazione in situ (FISH) su
epitelio vaginale di paziente
con vaginosi batterica tramite
sonde fluorescenti specifiche
per
Gardnerella
vaginalis
(GardV-Cy5 – fluorescenza
rossa)
e
Lactobacillus
(Lab158-Cy3 – fluorescenza
gialla).
Swidsinski et al, 2010
VAGINOSI BATTERICA E TRATTAMENTO CON ANTIBIOTICI
È stato riportato (Mitchell et al, 2009) come il trattamento orale o intravaginale
con metronidazolo sia in grado di ridurre la colonizzazione da G. vaginalis
associata alla vaginosi ma non sia in grado di eradicare l’infezione e di
ripristinare le normali condizioni vaginali attraverso la ricostituzione della
componente lattobacillare.
Un altro studio (Chen et al, 2009) ha suggerito come nella candidiasi
vulvovaginale, conseguente alla terapia della vaginosa batterica con
metronidazolo per via orale, l’impiego di una singola dose di clindamicina in
crema vaginale (2%) rappresenti una valida alternativa, comportando ridotti
tassi di ricorrenza sia della vaginosi batterica che della candidiasi
vulvovaginale associata.
Recentemente è stato riportato un effetto clinicamente significativo in 15 su 20
pazienti trattate con 400mg di moxifloxacina orale per 5 giorni (Swidsinski et
al, 2010). Tuttavia, dopo 10-12 settimane, pur registrandosi un significativo
recupero quantitativo dei lattobacilli, si è osservata nel 40 % dei controlli
bioptici la ricomparsa del biofilm di G. vaginalis . venendo così confermata
anche per questo antibiotico l’incapacità di eradicare l’infezione.
VAGINOSI BATTERICA E TRATTAMENTO CON PROBIOTICI
Interessanti risultati sono stati ottenuti dal gruppo di Reid trattando il biofilm di
Gardnerella con un ceppo di lactobacilli proposto come probiotico.
Biofilm di controllo di G. vaginalis, osservato
dopo 3 giorni, colorato con Bactec Live/Dead
che evidenzia in verde le cellule vive ed in
rosso le cellule morte.
Saunders et al, 2007
Effetto di un challenge di 3 giorni con
L. reuteri RC-14. il biofilm di Gardnerella è
meno denso ed è coperto da lattobacilli
(freccia rossa). Si osserva un notevole
numero di cellule morte di Gardnerella
(freccia gialla).
Infezioni associate a
catetere venoso centrale
Infezioni odontogeniche
Infezioni polmonari
persistenti
Infezioni da
protesi
ortopediche
Infezioni associate
all’occlusione
di stent biliari
L’introduzione
nell’organismo
di
un
dispositivo medico ne espone le superfici
sia alla deposizione di proteine dell’ospite
che alla colonizzazione da parte di specie
microbiche diverse, con conseguente
formazione di biofilm.
A seconda delle modalità d’impianto e del
distretto corporeo le tipologie di riferimento
sono le seguenti:
Dispositivi a lunga permanenza (ad esempio le
protesi ortopediche), che vengono impiantati
chirurgicamente in distretti corporei normalmente
sterili ma che possono essere colonizzati a
seguito di sepsi transienti.
Infezioni vaginali
Dispositivi a media permanenza (ad esempio gli
stent biliari), che vanno incontro a fenomeni di
occlusione e malfunzionamento in quanto
impiantati in distretti corporei in cui è presente
flora microbica.
Dispositivi a impianto temporaneo (ad esempio
i cateteri vascolari), che realizzano una via di
collegamento tra ambiente esterno e distretti sterili
dell’organismo e che sono quindi più facilmente
esposti a contaminazione microbica.
BIOFILM MICROBICI E PROTESI ORTOPEDICHE
Gli impianti di dispositivi ortopedici in
sostituzione di articolazioni ossee o per la
fissazione di fratture sono soggetti a
complicanze infettive che, pur con
incidenza relativamente bassa (< 1-2%),
hanno una significativa morbidità e
comportano indici di mortalità che vanno
dal 2,7 al 18%.
Hallab et al, 2002
Si è inoltre osservato che
l’incidenza di infezione varia a
seconda del tipo di impianto:
ad esempio, le artroplastiche
del ginocchio sono associate
ad un rischio più elevato
rispetto a quelle dell’anca.
Ehrlich et. al, 2005.
INFEZIONI ASSOCIATE ALLE PROTESI ORTOPEDICHE
SECONDO LA CLASSIFICAZIONE DI WIDMER (2001)
Infezione di “tipo 1”: infezione acuta del sito chirurgico, solitamente causata da
Staphyloccus aureus o da stafilococchi coagulasi-negativi, che si manifesta entro 24 settimane dall’intervento
Infezione di “tipo 2”: infezione cronica
tardiva con allentamento della protesi e
produzione di fluido, che si verifica
solitamente tra i 16 mesi e i 2 anni
dall’impianto, causata da S. aureus e/o da
stafilococchi coagulasi-negativi ma anche
da batteri anaerobi quali Propionibacterium
spp.
Campoccia et al, 2006
Infezione di “tipo 3”: infezione di natura ematica, che si manifesta dopo 2 anni,
dovuta a disseminazione ematica a seguito di batteriemia transiente o associata a
catetere, prevalentemente causata da streptococchi e bacilli gram-negativi.
CARATTERISTICHE DELLE SUPERFICI PROTESICHE
E BIOFILM MICROBICI
Micrografie elettroniche a scansione della punta di uno stelo femorale. Irregolarità di superficie
sono state osservate sia sulle protesi in titanio (a, b, c, d) che su quelle ricoperte di
Idrossiapatite (e, f).
Nelle micrografie successive (g, h, i) si osserva il denso biofilm formatosi su ambedue le
superfici dopo incubazione per 24h a 37°C col ceppo forte produttore di biofilm S. epidermidis
ATCC 35984.
Giacomozzi et al, 2009
PREVENZIONE E TRATTAMENTO DELLE INFEZIONI DA BIOFILM
MICROBICO ASSOCIATE ALLE PROTESI ORTOPEDICHE
L’inefficacia del trattamento antibiotico delle infezioni associate alle protesi
ortopediche, impone spesso come unica alternativa la loro rimozione e
sostituzione.
Si stanno pertanto elaborando nuove strategie volte sia a favorire
l’osteointegrazione tramite opportuni trattamenti di superficie delle protesi
(sabbiatura, rivestimenti in idrossiapatite, etc.) che a contrastare la
formazione di biofilm tramite rilascio di opportuni antimicrobici.
van de Belt et al., 2001
RILASCIO IN VITRO DI ANTIBIOTICO DA SPAZIATORI
D’ANCA REALIZZATI CON CEMENTI PALACOS OPPURE
SIMPLEX CONFRONTATI CON BIGLIE SEPTOPAL
Tutti i cementi mostrano un picco di rilascio nelle prime 24h, ma le biglie sono in grado
di assicurare un rilascio significativo per la prima settimana che si prolunga a
concentrazioni efficaci fino a 6 settimane.
Moojen et al., 2008
NUOVI SPAZIATORI A RILASCIO DI INIBITORI DEL
QUORUM SENSING E NUOVI CEMENTI OSSEI
Biglie di polimetilmetacrilato, trattate con l’inibitore del quorum sensing
RIP (RNA III-inhibiting-peptide), sono state impiantate in ratti e ne è
stata dimostrata la capacità di prevenire le infezioni da MRSA aprendo
così interessanti prospettive di applicazione clinica (Anguita-Alonso et
al. 2007).
Il poli trimetilen carbonato (PTMC),
non
producendo
prodotti
di
degradazione acida, è stato
proposto come nuovo carrier di
gentamicina per il trattamento
locale dell’osteomielite, essendo
risultato capace di inibire dell’80%
la formazione di biofilm di S.
aureus per 14 giorni (Neut et al.
2009).
Costerton et al., 2003
Infezioni associate a
catetere venoso centrale
Infezioni odontogeniche
Infezioni polmonari
persistenti
Infezioni da
protesi
ortopediche
Infezioni associate
all’occlusione
di stent biliari
Infezioni genito-urinarie
L’introduzione
nell’organismo
di
un
dispositivo medico ne espone le superfici
sia alla deposizione di proteine dell’ospite
che alla colonizzazione da parte di specie
microbiche diverse, con conseguente
formazione di biofilm.
A seconda delle modalità d’impianto e del
distretto corporeo le tipologie di riferimento
sono le seguenti:
Dispositivi a lunga permanenza (ad esempio le
protesi ortopediche), che vengono impiantati
chirurgicamente in distretti corporei normalmente
sterili ma che possono essere colonizzati a
seguito di sepsi transienti.
Dispositivi a media permanenza (ad esempio gli
stent biliari), che vanno incontro a fenomeni di
occlusione e malfunzionamento in quanto
impiantati in distretti corporei in cui è presente
flora microbica.
Dispositivi a impianto temporaneo (ad esempio
i cateteri vascolari), che realizzano una via di
collegamento tra ambiente esterno e distretti sterili
dell’organismo e che sono quindi più facilmente
esposti a contaminazione microbica.
BIOFILM POLIMICROBICI E STENT BILIARI
In pazienti con stenosi della via biliare principale vengono sempre più
frequentemente impiantati per via endoscopica stent polimerici che, pur
rappresentando un efficace sistema di decompressione biliare, tendono
tuttavia ad ostruirsi nel 20-30% dei casi entro tre mesi dall’impianto.
Si ritiene oggi che la dinamica
del processo ostruttivo degli
stent riconosca quale evento
primario la colonizzazione
della superficie luminale da
parte di differenti specie
microbiche
ad
habitat
intestinale con conseguente
formazione di un biofilm
multispecie.
Donelli et al, 2007.
BIOFILM POLIMICROBICI E STENT BILIARI:
OSSERVAZIONI MACROSCOPICHE E MICROSCOPICHE
Osservazione macroscopica della sezione
longitudinale di uno stent biliare espiantato, il
cui lume è occluso da un soffice materiale
eterogeneo di colore bruno-giallastro, lo
“sludge” biliare, contenente microrganismi, fibre
alimentari e precipitati di sali biliari.
Guaglianone et al. 2007.
Osservazione al microscopio ottico di una sezione
trasversale di uno stent biliare espiantato, in cui è
evidente l’alternanza nel materiale occludente di
cellule microbiche (blu) rispetto a strati in cui sono
prevalenti i precipitati di sali biliari (giallo)
Costerton, 2007.
BIOFILM POLIMICROBICI IN STENT BILIARI
Osservazioni al SEM hanno confermato la presenza, nel lume di stent occlusi,
di uno sludge biliare costituito da un biofilm polimicrobico, immerso in un
materiale amorfo contenente anche fibre alimentari e cristalli di sali biliari.
Guaglianone et al, 2008
BATTERI AEROBI, ANAEROBI E FUNGHI ISOLATI DA
28 STENT BILIARI ESPIANTATI PER OCCLUSIONE
Gram-positivi
Enterococcus faecalis
Enterococcus spp.
Enterococcus faecium
Enterococcus gallinarum
Coagulase Negative Staphylococci
Streptococcus anginosus
n.
12
6
4
1
1
1
Aerobi
Anaerobi
Funghi
Clostridium fallax
Clostridium bifermentans
Clostridium baratii
Clostridium difficile
Clostridium perfringens
Peptostreptococcus magnus
2
1
1
1
1
1
Candida albicans
Candida parapsilosis
Candida spp.
1
1
6
Gram-negativi
Escherichia coli
Pseudomonas aeruginosa
Pseudomonas spp.
Klebsiella pneumoniae
Klebsiella oxytoca
Klebsiella ozaene
Klebsiella spp.
Enterobacter cloacae
Enterobacter aerogenes
Aeromonas hydrophila
Proteus spp.
Providencia stuartii
Citrobacter amalonaticus
Citrobacter freundii
Hafnia alvei
Serratia liquefaciens
Bacteroides fragilis
Bacteroides capillosus
Bacteroides distasonis
Bacteroides oralis
Prevotella bivia
Prevotella intermedia
Veillonella spp.
n.
15
8
3
5
3
3
2
4
1
2
2
2
1
1
1
1
2
1
1
1
2
2
2
Nel 93% degli stent erano presenti batteri aerobi
Nel 57% degli stent erano presenti batteri anaerobi
Nel 25% degli stent erano presenti funghi
Guaglianone et al, 2010.
FORMAZIONE IN VITRO DI BIOFILM DA PARTE DI CEPPI
BATTERICI ANAEROBI ISOLATI DA STENT BILIARI
24 h
24 h
Fusobacterium necrophorum
24 h
Veillonella spp.
24 h
Bacteroides fragilis
Guaglianone et al, 2010
Peptostreptococcus magnus
PATTERNS DI SUSCETTIBILITÀ ANTIBIOTICA DI 16 CEPPI
DI ANAEROBI ISOLATI DA STENT BILIARI
Ceftriaxone
Clindamycin
Imipenem
Metronidazole
Moxifloxacin
Penicillin G
Tetracycline
Gram -
B. distasonis
0.016 (S)
0.064 (S)
0.012 (S)
0.125 (S)
0.125 (S)
>32 (R)
≥256 (R)
1 (S)
0.125 (S)
0.50 (S)
B. oralis
0.094 (S)
0.125 (S)
0.016 (S)
0.125 (S)
0.125 (S)
F. necrophorum
0.006 (S)
0.032 (S)
6 (S)
<0.016 (S)
0.006 (S)
P. bivia
1 (S)
0.094 (S)
0.047 (S)
0.25 (S)
0.064 (S)
P. bivia
0.064 (S)
0.032 (S)
0.25 (S)
0.094 (S)
0.125 (S)
<0.002 (S)
16 (R)
≥32 (R)
<0.016 (S)
≥32 (R)
Veillonella spp.
0.75 (S)
0.047 (S)
0.125 (S)
0.19 (S)
0.047 (S)
Veillonella spp.
8 (S)
0.094 (S)
0.50 (S)
0.38 (S)
0.19 (S)
Veillonella spp.
>32 (R)
0.125 (S)
0.38 (S)
6 (S)
>32 (R)
3 (S)
1 (S)
0.19 (S)
0.50 (S)
0.25 (S)
2 (S)
0.125 (S)
0.094 (S)
0.125 (S)
0.125 (S)
0.25 (S)
8 (S)
>32 (R)
1.5 (S)
0.003 (S)
0.064 (S)
2 (R)
0.032 (S)
C. fallax
1.5 (S)
6 (S)
0.064 (S)
1 (S)
0.094 (S)
4 (S)
C. fallax
3 (S)
0.032 (S)
0.064 (S)
0.094 (S)
0.047 (S)
0.19 (S)
0.032 (S)
0.064 (S)
0.094 (S)
4 (S)
0.064 (S)
2 (S)
0.38 (S)
>256 (R)
0.008 (S)
<0.016 (S)
0.016 (S)
<0.016 (S)
B. fragilis
P. intermedia
Gram +
C. baratii
C. bifermentans
C. difficile
C. perfringens
Ps. magnus
Donelli G. Anaerobes as Biofilms – Invited Lecture, 13th ICID - Kuala Lumpur, June 19-22, 2008.
Infezioni odontogeniche
L’introduzione
nell’organismo
di
un
dispositivo medico ne espone le superfici
sia alla deposizione di proteine dell’ospite
che alla colonizzazione da parte di specie
microbiche diverse, con conseguente
formazione di biofilm.
Infezioni polmonari
persistenti
A seconda delle modalità d’impianto e del
distretto corporeo le tipologie di riferimento
sono le seguenti:
Infezioni associate a
catetere venoso centrale
Infezioni da
protesi
ortopediche
Infezioni associate
all’occlusione
di stent biliari
Infezioni genito-urinarie
Dispositivi a lunga permanenza (ad esempio le
protesi ortopediche), che vengono impiantati
chirurgicamente in distretti corporei normalmente
sterili ma che possono essere colonizzati a
seguito di sepsi transienti.
Dispositivi a media permanenza (ad esempio gli
stent biliari), che vanno incontro a fenomeni di
occlusione e malfunzionamento in quanto
impiantati in distretti corporei in cui è presente
flora microbica.
Dispositivi a impianto temporaneo (ad esempio
i cateteri vascolari), che realizzano una via di
collegamento tra ambiente esterno e distretti sterili
dell’organismo e che sono quindi più facilmente
esposti a contaminazione microbica.
INFEZIONI DA BIOFILM ASSOCIATE ALL’IMPIANTO
DI CATETERI VASCOLARI
Le infezioni associate all’impianto di cateteri vascolari sono tipicamente
sostenute dallo sviluppo di un biofilm microbico, mono- o multi-specie,
vengono considerate di difficile eradicazione con le terapie antibiotiche
convenzionali e richiedono frequentemente la rimozione del catetere.
Sulla base dei dati pubblicati negli USA nel
2007 dai Centers for Disease Control and
Prevention, degli 1.7 milioni di infezioni
iatrogene il 14% sono batteriemiche, in alta
percentuale associate all’impianto di cateteri
venosi centrali (CVCs).
I dati relativi al 2008 dell’European
Center for Disease Prevention and
Control, indicano come su 4.1 milioni
di pazienti che contraggono infezioni
iatrogene, si abbia una percentuale
del 10.5% di infezioni batteriemiche.
TRATTAMENTO ANTIMICROBICO DELLE BATTERIEMIE NEL PAZIENTE ADULTO
Patogeno
Antimicrobico di elezione
Esempio, dosaggio e.v.
Antimicrobico alternativo
Meticillino-sensibile
Penicillina resistente alle
penicillinasi
Nafcillina o Oxacillina, 2 g
q4h
Cefazolin o Cefuroxime
Meticillino-resistente
Vancomicina
Vancomicina, 1 g q12h
Linezolid; o Quin/Dalf; o
Vancomicina + (Rifampin o
Gentamicina);
Vancomicino-resistente
Linezolid o
Quinupristin/Dalfopristin
Linezolid, 600 mg q12h, o
Quin/Dalf, 7.5 mg/kg q8h
Vancomicina
Meticillino-sensibile
Penicillina resistente alle
penicillinasi
Nafcillina o Oxacillina, 2 g
q4h
Cefalosporina di
I generazione o Vm
Meticillino-resistente
Vancomicina
Vm, 1 g iv q12h
Linezolid o Quin/Dalf
Ampicillino-sensibile
Ampicillina o (Amp o Pen) +
aminoglicoside
Amp, 2 g q4h-q6h, o Amp +
Gentamicina, 1 mg/kg q8h
Vancomicina
Ampicillino-resistente,
Vancomicino-sensibile
Vancomicina o Vm +
aminoglicoside
Vancomicina, 1 g iv q12h, o
Vm + Gentamicina, 1 mg/kg
q8h
Linezolid
Vancomicino-resistente
Linezolid o Quin/Dalf
Linezolid, 600 mg q12h, o
Quin/Dalf, 7.5 mg/kg q8h
Cocchi Gram-positivi
S. aureus
S. epidermidis e
altri coagulasi-negativi
E. faecalis/E. faecium
Adattato da: Mermel et al. 2001.
TRATTAMENTO ANTIMICROBICO DELLE BATTERIEMIE NEL PAZIENTE ADULTO
Patogeno
Antimicrobico di elezione
Esempio, dosaggio
Antimicrobico alternativo
E. coli spp. e
Klebsiella spp.
Cefalosporine di III generazione
Ceftriaxone, 1-2 g q.d.
Fluorochinoloni, quali
Ciprofloxacina o
Levofloxacina, o Azotreonam
S. marcescens spp. e
Enterobacter spp.
Carbapenemici
Imipenem, 500 mg q6h, or
Meropenem, 1 g q8h
Cefepime o fluorochinoloni,
quali Ciprofloxacina o
Levofloxacina
Acinetobacter
baumanniicalcoaceticus
Ampicillina/Sulbactam o
Carbapenemici
Amp/Sulb, 3 g q6h; or
Imipenem, 500 mg q6h; or
Meropenem, 1 g q8h
Stenotrophomonas
maltophilia
Trimetoprim-Sulfametoxazolo
Trimetoprim-Sulfametoxazolo,
3-5 mg/kg q8h
Pseudomonas
aeruginosa
Cefalosporine di III o IV
generazione o carbapenemici o
β-lattamici anti-pseudomonas
(Ticarcillina, Piperacillina,
Mezlocillina) + aminoglicoside
Ceftazidime, 2 g q8h;
Cefepime, 2 g q12h; Imipenem,
500 mg q6h; Meropenem, 1 g
q8h; Ticarcillina, 3 g q4h +
Amikacina, 15 mg/kg q24h;
Tobramicina, 56 mg/kg q24h
Candida albicans e
C. parapsilosis
Fluconazolo
Fluconazolo, 400-600 mg q.d.
C. glabrata e C. kruseii
Amfotericina B
AmB, 0.3-1 mg/kg/d
Bacilli Gram-negativi
Ticarcillina + Clavulanato
Funghi
Adattato da: Mermel et al., 2001.
Preparazioni Lipidi-AmB
LA PREVENZIONE DELLE INFEZIONI ASSOCIATE AI
CATETERI È UNA PRIORITÀ NELL’AMBITO DEI PROGRAMMI
DI CONTROLLO DELLE INFEZIONI NOSOCOMIALI
Misure preventive efficaci includono:


La rigorosa osservanza delle norme
asettiche al momento dell’inserzione e
nelle successive manipolazioni dei
cateteri.
L’impiego di cateteri medicati.
Biofilm di Escherichia coli
Biofilm di Enterococcus
faecalis
Biofilm di Staphylococcus
epidermidis
Biofilm di Candida
albicans
Donelli et al. Protocollo per la prevenzione, diagnosi e terapia delle
infezioni associate a cateteri venosi centrali. 2002
TIPI DI CATETERI VENOSI CENTRALI MEDICATI
 Ioni argento
- Bach A. et al. Crit Care Med 1999; 27: 515-520.
- Bambauer R. et al. Ther Apher 2000; 4: 342-7.
- Stoiser B. et al. J Hosp Infect 2002; 50:202-6.
- Kalfon P. et al. Crit Care Med 2007; 35:1032-9.
 Clorexidina - argento sulfadiazina
- Pemberton L.B. et al., Arch Surg 1996, 13:986-9.
- Brun-Buisson C. et al. Intensive Care Med 2004; 30:837-43.
- Rupp M.E. et al. Ann Int Med 2005; 143:570-80.
- Schuerer D.J. et al. Surg Infect 2007; 8:445-54.
 Rifampicina / minociclina
- Raad I. et al. Ann Intern Med 1997; 127:267-74.
- Darouiche R.O. et al. Ann Surg 2005; 242:193-200.
- Falagas M.E. et al. J Antimicrob Chemother 2007; 59:359-69.
- Gilbert R.E & Harden M. Curr Opin Infect Dis. 2008; 21:235-45.
- Hockenhull JC et al. Health Technol Assess. 2008;12:1-154.
Tutti gli studi clinici pubblicati a partire dal 2004 sono stati effettuati utilizzando
cateteri venosi centrali (CVC) medicati di nuova generazione ricoperti dagli
agenti antimicrobici sia sulla superficie luminale che su quella esterna.
STUDI CLINICI SU CATETERI VENOSI CENTRALI MEDICATI
Una recente meta-analisi di Casey (2008) ha evidenziato come i CVC trattati
con Ag non sono in grado di ridurre significativamente la colonizzazione
microbica e di prevenire le batteriemie, presumibilmente per la scarsa efficacia
antimicrobica dell’Ag nei riguardi dei Gram-positivi.
Per quanto riguarda i CVC trattati con clorexidina a livello luminale e con
argento sulfadiazina sulla superficie esterna, gli ampi trial clinici di BrunBuisson (2004) e Rupp (2005) pur mostrandone una ridotta colonizzazione,
non sono riusciti ad evidenziarne la capacità di ridurre in modo statisticamente
significativo le batteriemie catetere-correlate.
Le recenti rassegne sistematiche di Gilbert & Harden, 2008 e Hockenhull, 2008
hanno invece confermato che i CVC impregnati con minociclina-rifampicina
sono in grado di ridurre significativamente le infezioni batteriemiche per tempi
di cateterizzazione fino a 60 giorni come dimostrato dagli ampi trial di Hanna
(2004) e Darouiche (2005).
La relativa efficacia antinfettiva, soprattutto in termini di durata, ed il costo
assai più elevato rispetto ai cateteri convenzionali ha finora condizionato
un’ampia diffusione dei cateteri medicati.
CONCLUSIONI
Secondo i dati riportati nel 2008 dall’European Center for Disease Prevention
and Control, ogni anno oltre 4 milioni di pazienti acquisiscono infezioni associate
alle cure mediche, correlate per almeno 2/3 allo sviluppo di biofilm microbici, la
cui mortalità raggiunge i 37.000 decessi l’anno.
In base a tali stime preoccupanti è quindi indispensabile la messa a punto di
strategie innovative per la prevenzione e il trattamento delle infezioni acute e
croniche sostenute da biofilm, basate sia sull’impiego di molecole antimicrobiche
e altri composti ad azione sinergica sul biofilm microbico che sull’utilizzo di
inibitori di quorum sensing, agenti disaggreganti, microrganismi probiotici ed altro
ancora.
Il raggiungimento di risultati significativi in questo campo sarà possibile solo
attraverso una sempre più stretta collaborazione tra istituzioni scientifiche e
industrie biotecnologiche e farmaceutiche.